Опыт 5.
«Электромагнитные волны. Излучение электромагнитных волн»
Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Если в какой то области пространства изменяется магнитное поле, то оно создает вихревое электрическое поле. Это вихревое электрическое поле создает в свою очередь переменное магнитное поле и т.д. Это приводит к распространению электромагнитного поля, то есть к излучению электромагнитной волны.
Электромагнитные волны подразделяются на (рис.1):
Рис. 1.
Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме и практически во всех диэлектрических средах. В вакууме электромагнитное излучение распространяется со скоростью 300 000 км/с без затуханий на сколь угодно большие расстояния. В диэлектриках при распространении в них электромагнитного излучения несколько изменяются параметры электромагнитной волы – скорость, длина волны и т.д..
Основными характеристиками электромагнитного излучения являются частота колебаний и длина волны.
Генератор высокой частоты. Для получения электромагнитных волн используют генераторы высокой частоты. В школах для демонстраций часто применяется применяется генератор высокой частоты на 150 МГц, разработанный Б.С. Зворыкиным, который позволяет проводить наглядные опыты по генерации выскочастотных электромагнитных колебаний, их излучению и приему.
Рассмотрим упрощенную схему генератора, разработанную Б.С. Зворыкиным. Генератор ( рис.2) состоит колебательного контура, двух радиоламп 6Н7С ( Л1 и Л2), резистора и 8 дросселей ВЧ.
Колебательный контур представляет катушку, выполненную в виде полукольца из медной трубки, соединенную своими концами с анодами радиоламп.
Рис.2.
Конденсаторами колебательного контура являются промежутки – сетка-анод в радиолампах. Анодное напряжение на радиолампы подается на середину катушки колебательного контура через дроссель ВЧ. Дроссели ВЧ нужны для того чтобы электромагнитные колебания, возникающие в генераторе, не попали в электрическую цепь. Питается генератор от выпрямителя ВУП 2.
Опыт 1. Изучение работы генератора.
Подключим генератор к выпрямителю ВУП 2.
После прогрева нитей накал радиоламп поднесем к колебательному контуру генератора неоновую лампу. Лампа вспыхнет.
Проблема. Почему неоновая лампа вспыхнет.
Ответ. Около колебательного контура периодически изменяется электромагнитное поле. При помещении в это поле неоновой лампочки, электрическое поле электромагнитных колебаний действует неоновую лампу так, что в ней начинается процесс ионизации, возникает электрический разряд, и она начинает светиться.
Опыт 2. Резонанс колебательных контуров.
Соберем электрическую цепь, состоящую из генератора и выпрямителя ( рис.3). Возьмем колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности, конденсатора переменной емкости.
В цепь колебательного контура включена электрическая лампочка.
Включим источник питания и, после прогрева радиоламп поднесем катушку этого колебательного контура к катушке генератора.
Лампа загорится.
Рис.3.
Вращая ручку конденсатора переменной емкости, на дополнительном колебательном контуре, заметим, что лампочка горит то ярче, то слабее. Наиболее ярко лампочка будет гореть во время резонанса, то есть когда собственная частота колебательного контура будет равна частоте генератора незатухающих колебаний.
Проблема. Почему при вращении ручки конденсатора переменной емкости на дополнительном колебательном контуре лампочка горит то ярче, то слабее ?
Ответ. При вращении ручки конденсатора переменной емкости на дополнительном колебательном контуре лампочка горит то ярче то слабее потому, что когда в колебательном контуре возникает электрический резонанс, сила тока нем увеличивается и лампочка горит ярче.
Опыт 3. Излучение и прием электромагнитных волн.
На рисунке 6 представлена установка для передачи и приема электромагнитных волн. Она состоит из генератора высокочастотных колебаний, к которому присоединен передающий диполь. Он индуктивно связан с колебательным контуром генератора. Параллельно передающему диполю располагается приемный диполь, в середину которого включена миниатюрная лампа накаливания. Генератор подключен к выпрямителю ВУП-2.
Рис.6.
Включим выпрямитель. Нити накала радиоламп генератора будут накаливаться. После прогрева радиоламп в генераторе возникнут незатухающие электромагнитные колебания. Так как предающий диполь индуктивно связан с колебательным контуром генератора, то в нем тоже возникнут электромагнитные колебания. Лампа накаливания, включенная в разрыв приемного диполя, загорится.
Проблема. Почему.
Ответ. Во время работы генератора передающий диполь излучает электромагнитные волны. Они доходят до приемного диполя и возбуждают в нем индукционный электрический ток. Этот ток проходя через лампочку вызывает ее свечение.
Проблема. Можно ли с помощью этой установки передавать информацию.
Ответ. Можно. Если периодически дотрагиваться рукой до одного из концов передающего диполя то он через человека будет заземляться, колебания в нем будут прекращаться и лампочка в приемном диполе будет гаснуть. Таким образом, с помощью азбуки Морзе можно передавать информацию.
Проблема. Как выяснить являются ли электромагнитные волны излучаемые передающим диполем поляризованными ?
Ответ. Да. Для этого приемный диполь надо расположить в плоскости перпендикулярной передающему диполю. Электромагнитные волны в нем перестанут создавать индукционный ток и лампа погаснет.
Диполи телевизионных антенн на крышах домов, также расположены параллельно передающим диполям на антенной вышке телецентра, так как что электромагнитные волны излучаемые диполями телецентра являются поляризованными..